编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

* T# P. a" u. H, @

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
  q! ^2 w, h/ P& V

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

+ e. D2 C4 q8 ^; }& K2 B) F( W

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

8 J5 S6 C- n" }% m- \2 \" k' u
( v' L- a) m: r/ U9 V( T, q

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

2 @. d+ M( L6 N! W- t+ \8 r

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

$ c9 s. f) z3 E! f9 ~8 K
, U6 b. G, ]$ h, q) d" D
) \4 ?& r$ \) \7 _" o) k% `: X

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

8 C# C4 d3 L! A. l5 N+ @

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

4 N- i, P% F* B3 C9 P; m% ]    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

, ]: B. p) Q# M7 Q4 t% b7 [    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

* Y( K# g- K5 c' A0 b5 R0 S    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

' b) Q- F- h. G% Z% p8 ?

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   0 ], P: a' t( }  B+ B
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   5 x. m" g. p& L, O" S: @# \
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

7 I- v0 G" v. h: D   
7 r5 ^6 I: C; h$ k& @

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   + G2 k- N8 M" V: @! J! `+ E0 }% q
2.    
   , p5 H* f$ e8 l6 b1 y$ K0 s1 e% s  s! s& z
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   # r) y) o& x5 M5 ]; T  G) ~
4. 
   * T1 j2 J3 ]' s# i9 ^- R
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   0 t# q5 c  i7 J; ^' s
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   
2. .....
   9 |' c2 Y9 m4 n6 H8 c
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   / v9 b1 O. Y& {1 l+ t
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   & b7 Q7 q/ x' p$ f$ ?4 a4 W$ G
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ! B. Q  M. {; X2 ?8 R
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
      Y6 x, W  Q- D( Q1 W6 \
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    $ @" P8 X0 r& ?: u! D
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   2 o/ j, w: x1 N! S
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   & l% X7 `5 [% U' K) y
4. 
   6 f6 _) ?0 k4 _3 {( M1 K0 m+ k
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   8 w0 R' v6 ]7 y4 g, c0 n* n
8. 
   
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

" T5 Y8 Y+ \- M/ j4 [' L7 ]% ?
4 k" b/ s# ~; K  e5 C' p

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
7 V2 u' x9 `$ N! x" @0 |. h$ Y2 d

客户端：

1. #include <time.h>
   . Z- w6 q7 y; X( G% N
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   6 @0 b  Z; G- D* e; x7 v! E( p
4. #include <string.h>
   0 `0 K( B; g+ h, j
5. #include <unistd.h>
   , k2 M  N, w% M( [. q
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    " @6 ?) ]# L; n# D8 X8 i2 p/ p- a
11. #include <sys/socket.h>
    / [  l) {1 @9 [, ^1 T2 F
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / `6 M- [1 X. C6 R( W8 |0 |1 B# k+ n
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    5 R& u# s5 A* N' a
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    : }* V; n" x" T9 W
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    9 Z) I* g' U' e3 [6 m. U
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    " N) z. i: E5 Y% D5 L
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    3 b5 C2 f. a2 i7 L. e8 n/ i) N# A
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    # _- ?1 z6 F( l# U' T
40.   while(1){
    3 M7 x7 m( R& ^& Y2 ?$ i; N
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    1 g) y: l5 \3 @" H
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    ' @6 u1 K! S; O! G1 m" W
45.       perror("ERROR");
    1 H2 F7 v" q% d# F" G( W- l( X
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % I* o3 y, Z% `6 x4 l5 P
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    1 E1 a9 j9 t. n  O1 B
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    2 u: j# q2 Z5 I
50.    
    
51.     usleep(500000);
    . H/ p3 J& F. E) ?
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   ) n+ Q, F6 l* V( I& Y
4. #include <string.h>
   ' @& e8 g+ ~7 K- q$ o5 c
5. #include <unistd.h>
     U2 D+ P# n9 ~0 x  g, \
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   1 l5 a0 G& V8 m6 a2 q% y+ K
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    6 `6 k! X. Q+ |" r; |
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    ; _. A+ _8 j' t+ I2 g" V: h
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    - k( _1 M; r3 X. q/ L4 d7 N4 H, t1 k
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    & a3 W2 B. u" q1 R# v
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    9 l/ \2 k: D2 T! R4 n- j. a  o* K) B
20.   fd_set fds;
    5 }5 y# [+ ?+ C5 S" X6 l9 p
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    9 x; X% `( ^* l$ k+ F2 H9 e" d
24.   if(sockfd>=0)
    2 E& Z0 d; t; I2 ~, T5 Y; R
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    ) T9 {/ t2 y: R: j$ x% m
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    5 ~' h7 w1 H0 D6 S; p
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    - `" \' m* y0 u; C) ~' s
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    " ^- ~( R4 {3 ^0 B
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    " l' Q( p& a& m& S5 g( Y9 [, N# w$ ~
36. 
    " b+ B, J; `/ V! ]# Z3 X; C
37.   //开启端口监听
    6 Y0 o: M: H5 \8 H+ J. M5 E
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    , E( x" C0 [/ }5 W' a1 R) C7 ?  {
39.     printf("begin listenning...\n");
      r5 e6 r  x6 j
40. 
    $ D4 B8 `/ t+ j" `
41.   //默认所有fd没有被打开
    + V# ?( F: V, p0 |
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    5 U! n2 y' i5 }. a& C0 |7 z
44. 
    2 z* L6 L9 y; J7 @9 m1 g0 n
45.   while(1){
    ! s; B" r. W6 H% T) U8 m
46.     //将服务端套接字加入集合中
    % P* J6 k( L2 M2 W0 R
47.     FD_ZERO(&fds);
    3 J2 j9 J" H$ y# ~' g) I3 \
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    # D. u$ d* j/ q, {, b" C; M# O
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    3 I7 E' d5 A$ j) ?/ @
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    ; z  U  p+ o" ], u' S
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    1 U( p1 d, n- P5 @8 \
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    0 L& a. M- c7 f/ R: q. m
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    * t1 M! `% f; q. u9 G
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ' C2 j: t3 @  \! s4 T7 `
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    : g, c" D, B& W7 p& k
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    ! l. g, G  M2 y/ C& b' I9 W- B
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    . e9 w2 x3 N1 _/ R8 e: Y
74.              printf("close connected\n");
    ) V. a, i9 V& Y! Q* [  M
75.           }
    
76.         }
    : N- x3 E; V- `8 [6 n! v
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    1 t. R# |7 y/ s2 D
80. }

复制代码

7 a# |% Y4 Y9 P) U  `1 w
7 W' O: O1 {6 y" L8 E

% r' ~9 I/ q  }2 V
* D- P" Z2 b; q# ^
1 W1 W$ C1 l, g  Z6 `: S$ r6 q2 ]